一種利用三茂稀土金屬配合物製備硼酸酯的方法與流程
2023-06-04 08:56:01 1
本發明屬於有機合成領域，具體涉及一種利用三茂稀土金屬配合物製備硼酸酯的方法。
背景技術：
硼酸酯類化合物的應用範圍十分廣泛，不但可以作為聚合物添加劑、汽油添加劑、滅菌劑、阻燃劑使用，而且可以用作潤滑油添加劑和汽車制動液。同時，硼酸或硼酸酯可以轉化成其他多種官能團，它是有機合成中一種重要的試劑，作為手性藥物的研究也正逐步深入中，現在已使用手性硼酸作為藥物結構單元合成了硼替佐米，它是第一個批准的治療多發性骨髓癌和淋巴癌的蛋白酶抑制劑藥物,所以手性硼酸或硼酸酯的應用前景非常廣大。稀土離子所形成的配合物具有獨特的生理化學性質以及在一定條件下較為顯著的磁學性質。重要的是，稀土配合物的穩定性隨半徑的變化而無規律變化，並且影響配合物穩定性的因素除離子半徑外，配合物中金屬配位數的改變，配體的位阻效應，水合程度以及價鍵成分對配合物穩定性也產生重要的影響。因此研究者都通過稀土離子與不同配體的相互作用，很大程度上改變、修飾和增強其特性。比如在銪配合物摻雜在導電聚合物 CN-PPP 中，對稱和不對稱菲的β-二酮銪配合物的能量傳遞效率僅為0.053%，遠低於對稱聯苯的β-二酮銪配合物的1.1%。
利用羰基化合物和硼烷的加成反應是合成含有不同取代基的硼酸酯最直接、最原子經濟的方法。但研究表明在沒有催化劑的情況下，一些硼烷（如頻哪醇硼烷）就很難發生硼氫化反應，可能是這類硼烷的路易斯酸性太低導致。硼酸酯的合成有幾種不同的方法，第一種方法也就是最早使用的方法是用三氯化硼與醇或酚直接反應，這種方法製得的硼酸酯存在原料難獲得的弊端。第二種方法是由硼酸和醇或者酚的直接縮合反應，使用此種方法的優點是原料易得，產率高，製備過程簡單易操作，成為現在常用的方法。第三種方法是利用硼砂與醇或酚的反應，此法的優點是硼砂比硼酸價格要低而且易製得，但存在產物難以分離的缺點。除此之外還有一些其他的方法來合成硼酸酯，比如硼酸酯和醇或者酚的酯交換反應，氧化硼和醇或者酚的直接反應。但是這些方法或多或少的都存在一些弊端，要麼是對設備要求高，難以工業化生產，不符合經濟效益，要麼是反應後處理比較複雜，難以得到較高的產率，要麼原料難以獲得，且價格較貴。現有的催化體系中，催化劑用量較大，反應時間偏長，底物普適性較低。稀土催化硼氫化反應目前報導較少，而三茂稀土催化硼氫化反應並沒有報導。
技術實現要素：
本發明的發明目的是提供一種利用三茂稀土金屬配合物製備硼酸酯的方法，通過三茂稀土金屬配合物的應用，催化酮類化合物和頻哪醇硼烷製備硼酸酯，該製備方法具有更高的催化活性，同時反應條件溫和，產物後處理容易，反應時間短，催化劑用量低，並有很好的底物適用範圍，而且可以進行工業化生產。
為達到上述目的，本發明採用的技術方案是：一種利用三茂稀土金屬配合物製備硼酸酯的方法，包括以下步驟，將催化劑、硼烷與酮攪拌混合均勻，反應製備硼酸酯；所述催化劑為三茂稀土金屬配合物；所述三茂稀土金屬配合物的化學結構式如下：
。
上述技術方案中，所述硼烷為頻哪醇硼烷；所述酮為芳香酮或者脂肪環酮；所述芳香酮的化學結構式如以下結構式中的一種：
、、，其中R為苯基、取代苯基或者雜環芳基，比如噻吩基；所述脂肪環酮的化學結構式如以下結構式中的一種：
、，其中，n為3～15。
上述技術方案中，所述三茂稀土金屬配合物的用量為酮的摩爾量的0.01～1%；所述硼烷的用量和酮的摩爾比為1～1.2∶1；反應時間為30min～1h；反應溫度為室溫。
上述技術方案中，所述反應在有機溶劑中進行，優選在四氫呋喃中進行。
上述技術方案中，反應結束後，反應液減壓除去溶劑，得到不同取代硼酸酯。
本發明還公開了三茂稀土金屬配合物作為催化劑在催化酮和頻哪醇硼烷合成反應中的應用；所述三茂稀土金屬配合物的化學結構式如下：
上述三茂稀土金屬配合物的分子式可表示為：Ln(Cp)3，Ln表示稀土金屬，選自鑭系元素中的鑭、釔、釹、鐿、釤中的一種。
上述技術方案中，所述硼烷為頻哪醇硼烷；所述酮為芳香酮或者脂肪環酮；所述芳香酮的化學結構式如以下結構式中的一種：
、、，其中R為苯基、取代苯基或者雜環芳基；所述脂肪環酮的化學結構式如以下結構式中的一種：
、，其中，n為3～15。
上述技術方案中，所述三茂稀土金屬配合物的用量為酮的摩爾量的0.01～1%；所述硼烷的用量和酮的摩爾比為1～1.2∶1；反應時間為30min～1h。
上述三茂稀土金屬配合物可以催化酮與頻哪醇硼烷的硼氫化還原反應製備硼酸酯，因此本發明請求保護上述三茂稀土金屬配合物作為催化劑在合成硼酸酯中的應用。
上述技術方案中，所述的反應溫度為室溫。
由於上述技術方案運用，本發明與現有技術相比具有下列優點：
1.本發明公開的三茂鑭配合物催化劑用量僅需酮摩爾量的0.01~1%；反應速度很快，反應溫度為室溫，反應60分鐘就能達到99%以上的收率；使用三茂鑭催化劑催化該反應，既降低了催化劑用量，又提高了產率，所需反應時間短，反應條件溫和，而且產物易處理，高度符合原子經濟合成和綠色化學反應的要求;
2．本發明首次以三茂稀土金屬配合物催化酮的硼氫化反應，催化劑的結構簡單，容易製備，能高效的催化此類反應;
3.本發明公開的三茂稀土金屬配合物對底物的適用範圍寬，適用於不同空間位阻、不同電子效應的酮，並且反應過程簡單可控，收率高，產物後處理容易，適合工業化生產，為硼酸酯的工業化合成提供了更多選擇。
具體實施方式
實施例一:Y(Cp)3催化苯乙酮和頻哪醇硼烷合成硼酸酯
在惰性氣體氛圍下，向經過脫水脫氧處理後的反應瓶中加入催化劑Y(Cp)3 5.2 mg，加入四氫呋喃3 ml，然後用移液槍取20.6 μL（0.01mol%）加入另一反應瓶中，再用移液槍加入頻哪醇硼烷(174 μL, 1.2 mmol),再用移液槍加入苯乙酮(116.7 μL, 1mmol)，在室溫反應1h後，用滴管吸取一滴於核磁管中，加入CDCl3配成溶液。經計算1H譜產率為98%。產物的核磁數據: 1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ 7.40 – 7.22 (m, 5H), 1.51 – 1.47 (d, J=6.5Hz, 3H), 1.24 (s, 6H), 1.21 (s, 6H)。
實施例二:Nd(Cp)3催化苯乙酮和頻哪醇硼烷合成硼酸酯
在惰性氣體氛圍下，向經過脫水脫氧處理後的反應瓶中加入催化劑Nd(Cp)3 5.3 mg，加入四氫呋喃3 ml，然後用移液槍取23.3 μL（0.01mol%）加入另一反應瓶中，再用移液槍加入頻哪醇硼烷(174 μL, 1.2 mmol),再用移液槍加入苯乙酮(116.7 μL, 1mmol)，在室溫反應1h後，用滴管吸取一滴於核磁管中，加入CDCl3配成溶液。經計算1H譜產率大於99%。產物的核磁數據同實施例一。
實施例三:Sm(Cp)3催化苯乙酮和頻哪醇硼烷合成硼酸酯
在惰性氣體氛圍下，向經過脫水脫氧處理後的反應瓶中加入催化劑Sm(Cp)3 2.1 mg，加入四氫呋喃2 ml，然後用移液槍取39.8 μL（0.01mol%）加入另一反應瓶中，再用移液槍加入頻哪醇硼烷(174 μL, 1.2 mmol),再用移液槍加入苯乙酮(116.7 μL, 1mmol)，在室溫反應1h後，用滴管吸取一滴於核磁管中，加入CDCl3配成溶液。經計算1H譜產率為99%。產物的核磁數據同實施例一。
實施例四:La(Cp)3催化苯乙酮和頻哪醇硼烷合成硼酸酯
在惰性氣體氛圍下，向經過脫水脫氧處理後的反應瓶中加入催化劑La(Cp)3 2.8mg，加入四氫呋喃2 ml，然後用移液槍取29 μL（0.01mol%）加入另一反應瓶中，再用移液槍加入頻哪醇硼烷(174 μL, 1.2 mmol),再用移液槍加入苯乙酮(116.7 μL, 1mmol)，在室溫反應1h後，用滴管吸取一滴於核磁管中，加入CDCl3配成溶液。經計算1H譜產率大於99%。產物的核磁數據同實施例一。
實施例五:Yb(Cp)3催化苯乙酮和頻哪醇硼烷合成硼酸酯
在惰性氣體氛圍下，向經過脫水脫氧處理後的反應瓶中加入催化劑Yb(Cp)3 4.3mg，加入四氫呋喃3 ml，然後用移液槍取30.7 μL（0.01mol%）加入另一反應瓶中，再用移液槍加入頻哪醇硼烷(174 μL, 1.2 mmol),再用移液槍加入苯乙酮(116.7 μL, 1mmol)，在室溫反應1h後，用滴管吸取一滴於核磁管中，加入CDCl3配成溶液。經計算1H譜產率為97%。產物的核磁數據同實施例一。
實施例六: La(Cp)3催化異丁醯苯和頻哪醇硼烷合成硼酸酯
在惰性氣體氛圍下，向經過脫水脫氧處理後的反應瓶中加入催化劑La(Cp)3 4.8mg，加入四氫呋喃4 ml，然後用移液槍取33.8 μL（0.01mol%）加入另一反應瓶中，再用移液槍加入頻哪醇硼烷(174 μL, 1.2 mmol),再用移液槍加入異丁醯苯(150 μL, 1mmol)，在室溫反應1h後，用滴管吸取一滴於核磁管中，加入CDCl3配成溶液。經計算1H譜產率為99%。產物的核磁數: 1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ 7.34 – 7.26 (m, 4H), 7.25 – 7.19 (m, 1H), 4.81 (d, J = 6.2 Hz, 1H), 1.96 (dq, J = 13.4, 6.7 Hz, 1H), 1.21 (s, 6H), 1.17 (s, 6H), 0.90 (d, J = 6.7 Hz, 3H), 0.83 (d, J = 6.8 Hz, 3H)。
實施例七: La(Cp)3催化對甲氧基苯乙酮和頻哪醇硼烷合成硼酸酯
在惰性氣體氛圍下，向經過脫水脫氧處理後的反應瓶中加入催化劑La(Cp)3 4.8mg，加入四氫呋喃4 ml，然後用移液槍取37.1 μL（0.01mol%）加入另一反應瓶中，再用移液槍加入頻哪醇硼烷(190.8 μL, 1.3 mmol),再稱取對甲氧基苯乙酮(164.6mg, 1.1mmol)，在室溫反應1h後，用滴管吸取一滴於核磁管中，加入CDCl3配成溶液。經計算1H譜產率為99%。產物的核磁數: 1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ 7.38 – 7.17 (m, 2H), 6.94 – 6.68 (m, 2H), 5.20 (q, J = 6.4 Hz, 1H), 3.79 (s, 3H), 1.47 (d, J = 6.4 Hz, 3H), 1.24 (s, 6H), 1.22 (s, 6H)。
實施例八: La(Cp)3催化對氟苯乙酮和頻哪醇硼烷合成硼酸酯
在惰性氣體氛圍下，向經過脫水脫氧處理後的反應瓶中加入催化劑La(Cp)3 7mg，加入四氫呋喃5 ml，然後用移液槍取29 μL（0.01mol%）加入另一反應瓶中，再用移液槍加入頻哪醇硼烷(174 μL, 1.2 mmol),再用移液槍加入異丁醯苯(120.9 μL, 1mmol)，在室溫反應1h後，用滴管吸取一滴於核磁管中，加入CDCl3配成溶液。經計算1H譜產率為99%。產物的核磁數: 1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ 7.38 – 7.29 (m, 2H), 7.05 – 6.94 (m, 2H), 5.21 (q, J = 6.4 Hz, 1H), 1.47 (d, J = 6.4 Hz, 3H), 1.24 (s, 6H), 1.21 (s, 6H)。
實施例九: La(Cp)3催化對甲基苯乙酮和頻哪醇硼烷合成硼酸酯
在惰性氣體氛圍下，向經過脫水脫氧處理後的反應瓶中加入催化劑La(Cp)3 7mg，加入四氫呋喃5 ml，然後用移液槍取29 μL（0.01mol%）加入另一反應瓶中，再用移液槍加入頻哪醇硼烷(174 μL, 1.2 mmol),再用移液槍加入異丁醯苯(133.5 μL, 1mmol)，在室溫反應1h後，用滴管吸取一滴於核磁管中，加入CDCl3配成溶液。經計算1H譜產率大於99%。產物的核磁數: 1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ 7.31 – 7.25 (m, 2H), 7.16 (t, J = 7.4 Hz, 2H), 5.24 (q, J = 6.4 Hz, 1H), 2.35 (s, 3H), 1.27 (s, 6H), 1.24 (s, 6H)。
實施例十: La(Cp)3催化1-四氫萘酮和頻哪醇硼烷合成硼酸酯
在惰性氣體氛圍下，向經過脫水脫氧處理後的反應瓶中加入催化劑La(Cp)3 7mg，加入四氫呋喃5 ml，然後用移液槍取29 μL（0.01mol%）加入另一反應瓶中，再用移液槍加入頻哪醇硼烷(174 μL, 1.2 mmol),再用移液槍加入1-四氫萘酮(132.8 μL, 1mmol)，在室溫反應1h後，用滴管吸取一滴於核磁管中，加入CDCl3配成溶液。經計算1H譜產率大於99%。產物的核磁數: 1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ 7.43 – 7.35 (m, 1H), 7.19 – 7.13 (m, 2H), 7.08 (m, 4.9 Hz, 1H), 2.94 – 2.58 (m, 2H), 2.14 – 1.99 (m, 1H), 2.00 – 1.90 (m, 2H), 1.82 – 1.67 (m, 1H), 1.31 (s, 6H), 1.29 (s, 6H)。
實施例十一: La(Cp)3催化鄰甲基乙酮和頻哪醇硼烷合成硼酸酯
在惰性氣體氛圍下，向經過脫水脫氧處理後的反應瓶中加入催化劑La(Cp)3 3.9mg，加入四氫呋喃3 ml，然後用移液槍取31.3 μL（0.01mol%）加入另一反應瓶中，再用移液槍加入頻哪醇硼烷(174 μL, 1.2 mmol),再用移液槍加入鄰甲基乙酮(130.8 μL, 1mmol)，在室溫反應1h後，用滴管吸取一滴於核磁管中，加入CDCl3配成溶液。經計算1H譜產率為99%。產物的核磁數: 1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ 7.55 (m,1H), 7.33 – 7.08 (m, 3H), 5.45 (q, J = 6.4 Hz, 1H), 1.48 (d, J = 6.4 Hz, 3H), 1.26 (s, 6H), 1.22 (s, 6H)。
實施例十二: La(Cp)3催化2，4，6-三甲基苯乙酮和頻哪醇硼烷合成硼酸酯
在惰性氣體氛圍下，向經過脫水脫氧處理後的反應瓶中加入催化劑La(Cp)3 3.9mg，加入四氫呋喃3 ml，然後用移液槍取31.3 μL（0.01mol%）加入另一反應瓶中，再用移液槍加入頻哪醇硼烷(174 μL, 1.2 mmol),再用移液槍加入2，4，6-三甲基苯乙酮(166.4 μL, 1mmol)，在室溫反應1h後，用滴管吸取一滴於核磁管中，加入CDCl3配成溶液。經計算1H譜產率為99%。產物的核磁數:1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ 6.79 (s, 2H), 5.65 (q, J = 6.8 Hz, 1H), 2.41 (s, 6H), 2.24 (s, 3H), 1.52 (d, J = 6.8 Hz, 3H), 1.21 (s, 6H), 1.17 (s, 6H)。
實施例十三: La(Cp)3催化對溴苯乙酮和頻哪醇硼烷合成硼酸酯
在惰性氣體氛圍下，向經過脫水脫氧處理後的反應瓶中加入催化劑La(Cp)3 3.9mg，加入四氫呋喃3 ml，然後用移液槍取38 μL（0.01mol%）加入另一反應瓶中，再用移液槍加入頻哪醇硼烷(211.5 μL, 1.4 mmol),再稱取對溴苯乙酮(241.8mg, 1.2mmol)，在室溫反應1h後，用滴管吸取一滴於核磁管中，加入CDCl3配成溶液。經計算1H譜產率為98%。產物的核磁數: 1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ 7.41 (m, 2H), 7.21 (m, 2H), 5.16 (q, J = 6.4 Hz, 1H), 1.42 (d, J = 6.5 Hz, 3H), 1.20 (s, 6H), 1.18 (s, 6H)。
實施例十四: La(Cp)3催化對硝基苯乙酮和頻哪醇硼烷合成硼酸酯
在惰性氣體氛圍下，向經過脫水脫氧處理後的反應瓶中加入催化劑La(Cp)3 3.9mg，加入四氫呋喃3 ml，然後用移液槍取31.8 μL（0.01mol%）加入另一反應瓶中，再用移液槍加入頻哪醇硼烷(177 μL, 1.2 mmol),再稱取對硝基苯乙酮(167.9mg, 1mmol)，在室溫反應2h後，用滴管吸取一滴於核磁管中，加入CDCl3配成溶液。經計算1H譜產率為98%。產物的核磁數: 1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ 8.16 – 8.08 (m, 2H), 7.47 (m, 2H), 5.26 (q, J = 6.5 Hz, 1H), 1.44 (d, J = 6.5 Hz, 3H), 1.19 (s, 6H), 1.16 (s, 6H)。
實施例十五: La(Cp)3催化1-(2-噻吩基)乙酮和頻哪醇硼烷合成硼酸酯
在惰性氣體氛圍下，向經過脫水脫氧處理後的反應瓶中加入催化劑La(Cp)3 18.5mg，加入四氫呋喃1.6 ml，然後用移液槍取353 μL(1mol%)加入另一反應瓶中，再用移液槍加入頻哪醇硼烷(174.1 μL, 1.2 mmol),再用移液槍加入1-(2-噻吩基)乙酮(108 μL, 1 mmol)，在室溫反應1h後，用滴管吸取一滴於核磁管中，加入CDCl3配成溶液。經計算1H譜產率為99%。產物的核磁數: 1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ 7.21 – 7.19 (m, 1H), 6.97 – 6.92 (m, 2H), 5.48 (q, J = 6.4 Hz, 1H), 1.60 (d, J = 6.4 Hz, 3H), 1.25 (d, J = 4.9 Hz, 12H)。
實施例十六: La(Cp)3催化環十二酮和頻哪醇硼烷合成硼酸酯
在惰性氣體氛圍下，向經過脫水脫氧處理後的反應瓶中加入催化劑La(Cp)3 18.5mg，加入四氫呋喃1.6 ml，然後用移液槍取340.8 μL(1mol%)加入另一反應瓶中，再用移液槍加入頻哪醇硼烷(168.8 μL, 1.16 mmol),再稱取環十二酮(168.8 mg, 0.97mmol)，在室溫反應1h後，用滴管吸取一滴於核磁管中，加入CDCl3配成溶液。經計算1H譜產率為100%；催化劑為0.01 mol %收率為99%。產物的核磁數:1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ 4.11 (dt, J = 31.5, 15.5 Hz, 1H), 1.66 – 1.53 (m, 2H), 1.32 (m, 22H), 1.17 (s, 12H)。
實施例十七: La(Cp)3催化二苄甲酮和頻哪醇硼烷合成硼酸酯
在惰性氣體氛圍下，向經過脫水脫氧處理後的反應瓶中加入催化劑La(Cp)3 18.5mg，加入四氫呋喃1.6 ml，然後用移液槍取286 μL(1mol%)加入另一反應瓶中，再用移液槍加入頻哪醇硼烷(142.2 μL, 0.98 mmol),再稱取二苄甲酮(171.7 mg, 0.82mmol)，在室溫反應1h後，用滴管吸取一滴於核磁管中，加入CDCl3配成溶液。經計算1H譜產率為100%；催化劑為0.01 mol %收率為99%。產物的核磁數: 1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ 7.26 – 7.12 (m, 10H), 4.42 (dt, J = 8.7, 4.5 Hz, 1H), 2.78 (m, 4H), 0.90 (s, 12H)。